本申请涉及电子设备散热技术，具体涉及一种计算机智能热管理系统及热管理方法
背景技术：
得益于微电子技术的快速发展，集成电路的性能不断提高，以计算机为代表的电子设备正向着小型化、集成化、高密度的方向发展，这使电子芯片的热流密度越来越高。然而，电子器件的失效率与温度密切相关，温度升高会导致芯片可靠性的下降，因而以控制芯片温度为目的的热管理技术越来越受到人们的重视。传统的电子设备热管理技术包括自然散热、风冷、液冷技术等，自然散热是依靠自然对流将电子设备的热量散发到空气中(对流换热系数大致为5～25w/m2k)；风冷技术使用风机驱动空气在电子设备内部或外部流动，提高了对流换热系数(大致为20～100w/m2k)，带来散热能力的提升；液冷技术采用冷却液和电子设备直接接触，将热量转移至冷却液中，与采用空气作为介质相比，液体的对流换热系数(大致为50～15000w/m2k)大幅提高，因而散热能力最强。
此外，各种具有更强散热能力的新型热管理技术如喷雾冷却、射流冷却、沸腾换热等不断被开发出来，这些新型的散热技术在某些特定的条件下可以得到应用，然而，由于这些新型散热技术的复杂度大幅提高，电子设备应用最为广泛的依然是自然散热、风冷以及液冷技术。自然散热方法的散热能力最低，但是具有结构简单、成本低、可靠性高的优点。风冷、液冷技术散热能力得到提高，但风冷技术需要使用风机，液冷系统包含了流体管路、冷却液、泵、阀等零部件，带来了重量、能耗、体积的增加，可靠性下降和成本提高。
目前，热管理系统的设计一般是以计算机的最大热功耗和所处的最高环境温度为设计条件，选择满足散热能力要求的散热技术。然而，在执行不同的工作任务时，计算机的发热量变化很大，计算机所处的环境温度也随着外界条件变化而变化，计算机对于散热能力的需求也是在变化的。对于峰值散热需求高而均值散热需求低的电子设备，采用液冷系统散热会带来很大的散热资源浪费。
此外，由于计算机电子芯片不包含运动部件，芯片往往具有较长的使用寿命，而风冷、液冷系统中的风机、泵等旋转机械部件使用寿命通常大幅低于芯片使用寿命。在计算机等电子设备整个生命周期中，需要多次更换风机、泵等热管理系统部件，带来维护难度和成本的提高。
综上所述，目前采用液冷技术的计算机热管理系统存在较大的冷却资源浪费，并且热管理系统使用寿命低，维护难度大。
技术实现要素：
本发明公开了一种计算机智能热管理系统和方法，用于计算机散热。本发明的一种计算机智能热管理系统和方法同时具有自然散热、风冷和液冷三种散热方式，可根据计算机发热量和环境温度变化而在液冷、风冷以及自然散热方式中自动选择与计算机状态相适应的散热方式，降低了热管理系统在整个生命周期内的能量消耗，延长了热管理系统使用寿命，降低了热管理系统维护成本，并提高了计算机可靠性。
第一方面，本申请提供了一种计算机智能热管理系统，所述计算机智能热管理系统包括电子模块(1)、机箱(2)、流体管路(3)、散热器(4)、风扇(5)、泵(6)、储液装置(7)、控制模块(8)，其中：
机箱(2)为箱体结构，机箱(2)的侧壁有通风孔(21)，机箱的侧壁设置有可供流体流动的通道(22)，所述通道(22)内有用于散热的冷却液；机箱(2)的内部设置有多个电子模块(1)，所述电子模块(1)内部包含多个电子元件(11)，电子模块(1)外部有散热翅片(12)，电子元件(11)上设置有温度传感器，温度传感器与控制模块(8)连接；散热器(4)设置有可供流体流动的散热器通道(41)和翅片(42)，翅片(42)间有供空气流动的间隙，散热器通道(41)内有冷却液；通道(22)通过流体管路(3)与散热器通道(41)连接；散热器(4)设置在机箱(2)和风扇(5)之间；风扇(5)通过依次通过泵(6)和储液装置(7)与控制模块(8)连接；控制模块(8)设置在机箱(2)上，用于控制泵(6)和风扇(5)的开启、关闭以及运转速度。
具体的，风扇(5)的覆盖范围包括所有的电子模块(1)。
第二方面，本申请一种热管理方法，所述方法应用于如权利要求1所述的计算机智能热管理系统，方法包括：
温度传感器采集电子元件(11)的温度值，并将所述温度值发送至控制模块(8)；
控制模块(8)根据所述温度值和温度变化速率，确定对应的热管理策略；
控制模块(8)根据确定的热管理策略，控制泵(6)和风扇(5)的开启、关闭以及运转速度。
具体的，控制模块(8)根据所述温度值和温度变化速率，确定对应的热管理策略，具体包括：
当温度值＜t1，则确定热管理策略为第一功耗策略；
当温度值＞t1、温度值＜t2，且温度变化速率＜0，则确定热管理策略为第一功耗策略；
当温度值＞t1、温度值＜t2，且温度变化速率＞0，则确定热管理策略为第二功耗策略；
当温度值＞t2、温度值＜t3，且温度变化速率＜0，则确定热管理策略为第二功耗策略；
当温度值＞t2、温度值＜t3，且温度变化速率＞0，则确定热管理策略为第三功耗策略；
当温度值＞t3，则确定热管理策略为第四功耗策略。
具体的，所述第一功耗策略为关闭泵(6)和风扇(5)。
具体的，第二功耗策略为开启风扇(5)，关闭泵(6)。
具体的，第三功耗策略为开启风扇(5)，并开启泵(6)，并将泵(6)维持在低转速状态。
具体的，第四功耗策略为开启风扇(5)，并开启泵(6)，并将泵(6)维持在高转速状态。
本发明的有益效果：
根据电子元器件实时温度值，在液冷、风冷以及自然散热方式中自动选择与计算机状态相适应散热方式，避免了热管理系统持续在高耗能状态运行，降低了热管理系统运行的能量消耗，避免了冷却资源浪费。
在电子元器件发热量较小时，通过自动选择与计算机状态相适应散热方式，减少了泵、风机等持续运行时间，因而延长了热管理系统的使用寿命，降低了维护难度和成本。
可以实现对电子元器件温度的准确控制，避免了电子元器件温度的剧烈波动带来的热应力，提高了电子元器件可靠性。
附图说明
图1为本发明原理示意图；
图2为本发明电子模块翅片示意图；
图3为机箱上下侧壁开孔示意图；
图4为散热器结构示意图；
图5为本发明工作流程示意图；
其中，1－电子模块、2－机箱、3－流体管路、4－散热器、5－风扇、6－泵、7－储液装置、8－控制模块、11－电子元件，12－散热翅片、22－通道、21－通风孔、41－散热器通道、42－翅片。
具体实施方式
本发明的计算机系统包括电子模块(1)、机箱(2)、流体管路(3)、散热器(4)、风扇(5)、泵(6)、储液装置(7)、控制模块(8)等。电子模块内部包含电子元件(11)，外部有散热翅片(12)，电子元器件的温度通过元器件上的温度传感器测量后输出至控制模块。机箱上下侧壁有通风孔(21)，机箱内有可供流体流动的通道(22)。流体管路内有用于散热的冷却液。散热器内有可供流体流动的散热器通道(41)和翅片(42)，翅片间有供空气流动的间隙，散热器内的流道、流体管路、机箱内的流道、储液装置、泵构成一个流体循环通道，通道内有冷却液。风扇和泵的转速均连续可调。控制模块可控制泵和风扇的开启、关闭以及运转速度。
运行时，计算机加电后，电子元器件因运行产生热量，温度升高。电子元器件的温度可通过电子元器件内集成的温度传感器测量，也可通过贴装在元器件外部的传感器测量。温度传感器测得电子元器件温度后，通过电路将温度信号传递至控制模块，控制模块获得各个电子元器件温度后，按照图5所示的流程进行运算和输出，控制风扇和泵执行相应的动作。控制策略如下：
当电子元器件上的传感器监测到所有电子元器件的最高温度较低时，计算机对散热的需求较小，此时控制模块将泵、风扇关闭。由于机箱上下侧壁均有通风孔，并且散热器的翅片间有供空气流动的间隙，电子模块的热量可以通过电子模块外部的翅片自然对流散发到空气中，计算机处于自然散热状态，热管理系统此时不消耗能量。
当传感器监测到所有电子元器件的最高温度升高到一定值时，控制模块开启风扇，并根据电子元器件温度变化将风扇调整至合适的转速，风机两侧形成压差，外部空气由机箱下方和四周进入机箱内部，经电子模块表面，最终经风扇流出。此时，计算机处于风冷状态，散热能力得到提升，从而将电子元器件温度控制在一定的范围。
当传感器监测到所有电子元器件的最高温度进一步升高时，控制模块将风扇转速调制最高，并开启泵，并根据电子元器件温度变化将泵调整至合适的转速。在泵的驱动下，冷却液在管路内循环流动，电子模块内的热量传递至机箱，并通过冷却液传递至散热器，在风扇的作用下，散热器的热量通过对流散发到空气中。同时，风扇驱动空气流过电子模块表面，电子模块的一部分热量通过对流直接散发到空气中。由于散热器扩大了散热面积，此时散热能力最高，从而将电子元器件温度控制在一定的范围。
通过上述过程，热管理系统根据电子元器件实时温度值，在液冷、风冷以及自然散热方式中自动选择与计算机状态相适应散热方式，避免了热管理系统持续在高耗能状态运行，降低了热管理系统运行的能量消耗，避免了冷却资源浪费。在电子元器件发热量较小时，通过自动选择与计算机状态相适应散热方式，减少了泵、风机等持续运行时间，因而延长了热管理系统的使用寿命，降低了维护难度和成本。可以实现对电子元器件温度的准确控制，避免了电子元器件温度的剧烈波动带来的热应力，提高了电子元器件可靠性。
1.一种计算机智能热管理系统，其特征在于，所述计算机智能热管理系统包括电子模块(1)、机箱(2)、流体管路(3)、散热器(4)、风扇(5)、泵(6)、储液装置(7)、控制模块(8)，其中：
机箱(2)为箱体结构，机箱(2)的侧壁有通风孔(21)，机箱的侧壁设置有可供流体流动的通道(22)，所述通道(22)内有用于散热的冷却液；机箱(2)的内部设置有多个电子模块(1)，所述电子模块(1)内部包含多个电子元件(11)，电子模块(1)外部有散热翅片(12)，电子元件(11)上设置有温度传感器，温度传感器与控制模块(8)连接；散热器(4)设置有可供流体流动的散热器通道(41)和翅片(42)，翅片(42)间有供空气流动的间隙，散热器通道(41)内有冷却液；通道(22)通过流体管路(3)与散热器通道(41)连接；散热器(4)设置在机箱(2)和风扇(5)之间；风扇(5)通过依次通过泵(6)和储液装置(7)与控制模块(8)连接；控制模块(8)设置在机箱(2)上，用于控制泵(6)和风扇(5)的开启、关闭以及运转速度。
2.根据权利要求1所述的计算机智能热管理系统，其特征在于，风扇(5)的覆盖范围包括所有的电子模块(1)。
3.一种热管理方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的计算机智能热管理系统，方法包括：
温度传感器采集电子元件(11)的温度值，并将所述温度值发送至控制模块(8)；
控制模块(8)根据所述温度值和温度变化速率，确定对应的热管理策略；
控制模块(8)根据确定的热管理策略，控制泵(6)和风扇(5)的开启、关闭以及运转速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，控制模块(8)根据所述温度值和温度变化速率，确定对应的热管理策略，具体包括：
当温度值＜t1，则确定热管理策略为第一功耗策略；
当温度值＞t1、温度值＜t2，且温度变化速率＜0，则确定热管理策略为第一功耗策略；
当温度值＞t1、温度值＜t2，且温度变化速率＞0，则确定热管理策略为第二功耗策略；
当温度值＞t2、温度值＜t3，且温度变化速率＜0，则确定热管理策略为第二功耗策略；
当温度值＞t2、温度值＜t3，且温度变化速率＞0，则确定热管理策略为第三功耗策略；
当温度值＞t3，则确定热管理策略为第四功耗策略。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一功耗策略为关闭泵(6)和风扇(5)。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第二功耗策略为开启风扇(5)，关闭泵(6)。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第三功耗策略为开启风扇(5)，并开启泵(6)，并将泵(6)维持在低转速状态。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第四功耗策略为开启风扇(5)，并开启泵(6)，并将泵(6)维持在高转速状态。
技术总结